Kein kfw-kredit wegen zuviel Wärmerückgewinnung?

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1 K. Jagnow Mehr Primärenergie durch Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung in einem Haus mit Holzpelletkessel Kein kfw-kredit wegen zuviel Wärmerückgewinnung? Auch nach mehrjähriger Arbeit mit der EnEV und zugehörigen Normen tauchen immer wieder überraschende Details und Probleme in der Praxis auf, mit denen wohl niemand vorher gerechnet hat. Eines, das durchaus einfach physikalisch erklärbar ist, soll im Folgenden beschrieben werden: Für ein EFH mit Holzpelletkessel soll ein kfw-kredit beantragt werden. Dies erfordert die Berechnung des Gebäudes mit dem Verfahren der EnEV. Der Nachweisende berechnet Gebäude und Anlage und erreicht knapp die kfw-40 Fördergrenze (Primärenergiebedarf unter 40 kwh/(m² a)). Auf Wunsch der Bauherren (und des Planers, der von der Investition natürlich ebenso profitiert), wird zusätzlich eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung in der EnEV-Berechnung berücksichtigt. Der Planer staunt, als der Primärenergiebedarf plötzlich über 40 kwh/(m² a) liegt und nun eigentlich nur noch ein kfw-60 Kredit möglich wäre... Vorgehensweise Im Folgenden wird ein Einfamilienwohnhaus mit festgelegtem baulichen Standard und Versorgung durch einen Holzpelletkessel nach EnEV bilanziert. Die Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung wird alternativ berücksichtigt bzw. weggelassen. Zum Vergleich wird dasselbe Gebäude mit Gaskessel, ebenfalls mit und ohne Lüftungsanlage berechnet. Für die vier Varianten werden End- und Primärenergiebedarf bestimmt. Mit Hilfe dieser Daten kann das oben beschriebene Problem leicht erklärt werden. Allgemeine Daten Die Berechnung erfolgt für ein EFH mit Pumpenwarmwasserheizung mit Heizkörpern und zentraler Trinkwarmwasserbereitung mit Zirkulation. Der Baukörper liegt mit einem mittleren U-Wert von 0,254 W/(m² K) weit unter dem zulässigen Grenzwert der EnEV. Der Gebäudedichtheitstest wurde bestanden. Die bilanzierte Lüftungsanlage ist hocheffizient, d.h. sie hat einen Wärmerückgewinnungsgrad von 80 % und einen Gleichstromventilator. Andere Merkmale nach Tabelle 1. Primärenergiebewertung von Holzkessel und Lüftung (Weitergabe nur nach Absprache) Seite 1

2 Einfamilienwohngebäude Geometrische Daten Gebäudeeigenschaften Trinkwarmwasserbereitung Heizung Lüftung Beschreibung externes Volumen V e = 438 m³; Nutzfläche A N = 140 m²; Hüllflächen A = 404 m²; Kompaktheitsgrad A/V e = 0,922 m -1 ; Fenster: 10 m² nach NO/N/NW, 10 m² nach SO/S/SW, 25 m² nach O+W Gebäudedichtheitstest bestanden; Wärmebrückendetails nach DIN 4108 BBl. 2; Energiedurchlassgrad der Fenster g = 0,55; mittlerer U-Wert der Hüllflächen (incl. Wärmebrückenzuschlag) H T ' = 0,254 W/(m² K) zentral mit dem Wärmeerzeuger der Heizung; zentrale Verteilleitungen im unbeheizten Keller; mit Zirkulation; indirekt beheizter Trinkwarmwasserspeicher. zentraler Wärmeerzeuger im unbeheizten Bereich (Gaskessel oder Holzpelletkessel mit indirekter Wärmeabgabe an das Heizwasser); Biomassepufferspeicher im unbeheizten Keller (nur für den Pelletkessel); zentrale Verteilleitungen im unbeheizten Keller; Steigestränge innenliegend; geregelte Umwälzpumpe; Auslegung auf 70/55 C; freie Heizflächen mit Thermostatventilen (X P = 2K). falls vorhanden: zentrale Zu- und Abluftanlage im beheizten Bereich mit Wärmerückgewinnung (80 %) und DC-Ventilator; Luftwechsel der Anlage 0,4 h -1. Tabelle 1 Gebäude- und Anlagenbeschreibung Primärenergiebedarf Die Bilanzierung des Primärenergiebedarfs erfolgt nach dem vereinfachen Verfahren der EnEV zur Bestimmung des Heizwärmebedarfs in Kombination mit dem ausführlichen Verfahren der DIN V , wobei hier nur Standardwerte in die Formelgleichungen eingesetzt werden. Es ergibt sich in allen vier Fällen ein Heizwärmebedarf von q h = 45,1 kwh/(m² a). Die Ergebnisse für den Primärenergiebedarf sowie die Anlagenschemata sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 wiedergegeben. Anlage mit Holzpelletkessel ohne Lüftungsanlage mit Lüftungsanlage Primärenergie: q P = 38 kwh/(m² a) Primärenergie: q P = 41 kwh/(m² a) Abbildung 1 Anlagenschema und Primärenergie für die Gebäude mit Holzpelletkessel Primärenergiebewertung von Holzkessel und Lüftung (Weitergabe nur nach Absprache) Seite 2

3 Anlage mit Gaskessel ohne Lüftungsanlage mit Lüftungsanlage Primärenergie: q P = 112,2 kwh/(m² a) Primärenergie: q P = 99,6 kwh/(m² a) Abbildung 2 Anlagenschema und Primärenergie für die Gebäude mit Gaskessel Es zeigt sich, dass der Primärenergiebedarf bei Einsatz einer Lüftungsanlage tatsächlich von 38 auf 41 kwh/(m² a) zunimmt, wenn ein Holzpelletkessel eingesetzt wird. Er vermindert sich jedoch von 112 auf 100 kwh/(m² a) in der Anlage mit Gasversorgung. Echte Physik statt Rechenfehler! Der Nachweisende kommt an dieser Stelle natürlich in Stutzen und vermutet einen Programmierfehler seines EnEV-Programms. Aber hier seien alle Programmierer beruhigt: das Phänomen ist physikalisch begründbar. Zur Erläuterung der Zusammenhänge werden die Endenergien in Tabelle 2 zusammengestellt. Aus Gründen der Verständlichkeit soll die Erläuterung mit dem Gaskessel beginnen. Holzkessel Gaskessel Tabelle 2 Endenergie Ohne Lüftungsanlage Mit Lüftungsanlage Endenergie Wärme aus Holz: 120,1 kwh/(m² a) 97,0 kwh/(m² a) Endenergie Hilfsenergien 4,7 kwh/(m² a) 7,1 kwh/(m² a) Endenergie Wärme aus Gas: 93,3 kwh/(m² a) 74,7 kwh/(m² a) Endenergie Hilfsenergien: 3,2 kwh/(m² a) 5,8 kwh/(m² a) Die Lüftungsanlage hat aufgrund ihres hohen Wärmerückgewinnungsgrades einen thermischen Wärmerückgewinn von 17,23 kwh/(m² a). Diese Energiemenge müsste in dem Gebäude ohne Lüftungsanlage zusätzlich vom Gaskessel erzeugt werden, wobei im Beispiel eine Erzeugeraufwandszahl von e g = 1,08 maßgeblich ist. Es ist also ein Mehreinsatz an thermischer Endenergie von 18,6 kwh/(m² a) notwendig. Primärenergiebewertung von Holzkessel und Lüftung (Weitergabe nur nach Absprache) Seite 3

4 Dies zeigen auch die Ergebnisse der EnEV-Bilanz. Demgegenüber hat das Haus mit Lüftungsanlage einen Mehrbedarf an Hilfsenergie zum Betrieb der Ventilatoren. Trotz der energiesparenden Gleichstromtechnik sind dies immer noch 2,62 kwh/(m² a). Auch diese Zahl findet sich in der Bilanz wieder. Rechnet man die Minderaufwendungen für thermische Energien und die Mehraufwendungen für elektrische Energien mit Hilfe der Primärenergiefaktoren in Primärenergiemengen um, ergibt sich für das Gebäude mit der Lüftungsanlage eine Primärenergiedifferenz von: q P = 1,1 18,6kWh /(m² a) + 3,0 2,62kWh /(m² a) = 12,6kWh /(m² a) Das Gebäude mit Lüftungsanlage hat also zu einem etwa 13 kwh/(m² a) geringeren Primärenergiebedarf. Das ergibt auch die EnEV Bilanz (Abbildung 2) Im Fall des Holzpelletkessels ist die Situation ähnlich. Die durch die Lüftungsanlage eingesparte thermische Energie beträgt 17,23 kwh/(m² a). Diese Energiemenge würde aber bei Einsatz eines Holzkessels einen Mehreinsatz an thermischer Energie von 23,8 kwh/(m² a) bedeuten. Die Erzeugeraufwandszahl liegt beim Holzkessel mit e g = 1,38 (Jahresnutzungsgrad etwa 72 %) nämlich deutlich unter den Werten eines Gasbrennwertkessels. Die Zusatzstromaufwendungen zum Betrieb der Lüftungsanlage sind die gleichen. Hier sieht die Primärenergiebilanz wie folgt aus: q P = 0,2 23,8kWh /(m² a) + 3,0 2,62kWh /(m² a) = + 3,1kWh /(m² a). Das Gebäude mit Lüftungsanlage weist wegen des Primärenergiefaktors für Holz von f P = 0,2 insgesamt einen höheren Primärenergiebedarf auf! Oder anders ausgedrückt: die Primärenergie, die in den Antrieb der Ventilatoren gesteckt wird, kann durch den Wärmerückgewinn nicht kompensiert werden, weil der Holzkessel die thermische Energie ohnehin zu "guten Konditionen" erzeugt hätte. Das Problem verschärft sich bei Einsatz von Anlagen mit 60 % Wärmerückgewinnung und Wechselstromventilatoren. EnEV Nachweis und Förderwürdigkeit nach kfw Wie oben schon angedeutet, soll an diesem zugegeben exemplarischen Beispiel die Förderwürdigkeit nach kfw demonstriert werden. Für das Gebäude gelten aufgrund des Kompaktheitsgrades von A/V e = 0,922 m -1 und der Nutzfläche A N = 140 m² folgende Höchstwerte zur Einhaltung der EnEV-Bedingungen: Q P " = 131 kwh/(m² a) H T ' max = 0,462 W/(m² K) Das Gebäude erfüllt die EnEV-Anforderungen in allen vier Fällen. Primärenergiebewertung von Holzkessel und Lüftung (Weitergabe nur nach Absprache) Seite 4

5 Die Förderung als "Energiesparhaus 40" ist an eine verschärfte Bedingung hinsichtlich des Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle geknüpft. Es ist laut Förderbedingungen der kfw eine 45 prozentige Unterschreitung des Höchstwertes nach EnEV gefordert. H T ' max,kfw = 0,55 0,462 W/(m² K) = 0,254 W/(m²K) Die Häuser erfüllen diese von der kfw gestellte Anforderung. Ein Primärenergiebedarf unter Q P " kfw = 40 kwh/(m² a) wird jedoch nur mit Pelletkessel ohne Lüftungsanlage erreicht! Da wird die Kundenberatung selbst für den geschicktesten Verkäufer und Energieberater schwierig... Energiekosten: Bitte Fairplay! Die Förderung der kfw ist eine beliebte Kredit- und damit Geldquelle für Bauherren, gerade unter den heute schwierigen Wirtschaftsbedingungen. So werden im Gefecht der Beantragung schnell die künftigen Energie- und Unterhaltskosten aus dem Auge verloren. Diese sollen für die vier Fällen ebenfalls unter die Lupe genommen werden, vgl. Tabelle 3. Gaskessel Holzkessel Ohne Lüftungsanlage Wärmekosten: 4,11 /(m² a) Hilfsenergiekosten: 0,50 /(m² a) Energiekosten gesamt: 645 /a Wärmekosten: 4,56 /(m² a) Hilfsenergiekosten: 0,73 /(m² a) Energiekosten gesamt: 741 /a Tabelle 3 Energiekosten Mit Lüftungsanlage Wärmekosten: 3,29 /(m² a) Hilfsenergiekosten: 0,90 /(m² a) Energiekosten gesamt: 587 /a Wärmekosten: 3,69 /(m² a) Hilfsenergiekosten: 1,10 /(m² a) Energiekosten gesamt: 671 /a Grundlagen: Energiepreise, bei Strom und Gas als Mischpreise von Leistungs- und Arbeitspreis für ein Einfamilienhaus (incl. MWSt.) nach ASUE Ende Preise für Pellets nach C.A.R.M.E.N. e.v. im Januar Erdgas H: 0,044 /kwh Strom zum Haushaltstarif: 0,155 /kwh Holzpellets: 0,038 /kwh (187 /Tonne bei 4,9 MWh/t) Aus der Kostentabelle können zwei wesentliche Schlüsse gezogen werden: 1. Trotz der sehr geringen Primärenergiebedarfswerte und sogar des Erreichens des kfw-40 Standards im Fall ohne Lüftungsanlage ergeben sich mit dem Holzkessel unvermutet hohe Energiekosten. Werden Wartungs- und Unterhaltskosten (für Kessel und ggf. Lüftungsanlage) in allen Fällen dazugerechnet, ergibt sich vermutlich eine Preisgleichheit aller vier Varianten ohne das dies hier nachgewiesen werden soll. Über die Preisgleichheit und die auf ihn zukommenden Energiekosten muss der Eigentümer des Gebäudes jedoch aufgeklärt werden. Es heißt also nicht: Energiesparhaus = Kostensparhaus! Diese Erkenntnis soll auf keinen Fall gegen den Einsatz von Holzkesseln sprechen, der Fairness halber muss dem Käufer eines kfw-40 Hauses aber mitgeteilt werden, mit welchen laufenden Kosten er zu rechnen hat. Primärenergiebewertung von Holzkessel und Lüftung (Weitergabe nur nach Absprache) Seite 5

6 2. Die geringen Energiekostenunterschiede zwischen Gebäuden mit und ohne Lüftungsanlage, die vermutlich auch noch durch zusätzliche Wartungskosten geschmälert werden, zeigen noch einmal deutlich, was in diversen Veröffentlichungen bereits vorher zu Tage trat: eine Lüftungsanlage kann nicht aus betriebswirtschaftlichen Gründen verkauft werden. (Diese Aussage stimmt im Übrigen i.d.r. auch, wenn mit realen Energieverbrauchsdaten gerechnet wird und nicht mit den sehr geringen EnEV-Bedarfswerten). Auch dies soll nicht gegen den Einsatz von Lüftungsanlagen sprechen! Solange dem Gebäudebesitzer klar ist bzw. klar erklärt wird, worin er sein Geld investiert: in erhöhten Komfort, Gebäudeschutz, Hygiene etc. - aber nicht in eine Energieeinsparmaßnahme. Fazit Die Bewertung von Energieträgern hinsichtlich ihrer Umweltwirksamkeit ist sicher noch nicht abschließend geklärt. Neben den heute verwendeten Primärenergiefaktoren ist alternativ die CO 2 -Bewertung denkbar. Diese würde der langen Diskussion um den Faktor 0,2 für Holz (und 3,0 für Strom vor einiger Zeit) vielleicht ein Ende setzen. Obwohl sich Holzpelletkessel und Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung in der EnEV-Bilanz praktisch gegenseitig ausschließen, spricht nichts gegen den praktischen Einsatz dieser Techniken, wenn dem Bauherren die Sachlage erklärt wird. In Verbindung mit einem Holzkessel bedeutet eine Lüftungsanlage einen erhöhten rechnerischen Primärenergieaufwand. In diesem Fall kann also praktisch überhaupt nicht mit einer Umweltentlastung argumentiert werden, sondern nur mit Hygiene, Gebäudeschutz und Komfort. Ein Energiesparhaus sollte nicht mit einem Kostensparhaus verwechselt werden. Auch hier schuldet der Planer dem Kunden eine Erläuterung der Sachlage. Auf die Erklärung kommt es also an! Quelle: Jagnow für TGA Fachplaner 2004 Primärenergiebewertung von Holzkessel und Lüftung (Weitergabe nur nach Absprache) Seite 6